Nucleaire splijting versus nucleaire fusie

Nucleaire splijting en kernfusie zijn beide nucleaire fenomenen die grote hoeveelheden energie vrijgeven, maar het zijn verschillende processen die verschillende producten opleveren. Leer wat kernsplijting en kernfusie zijn en hoe u ze uit elkaar kunt houden.

Nucleaire splijting

Nucleaire splijting vindt plaats wanneer de kern van een atoom in twee of meer kleinere kernen splitst. Deze kleinere kernen worden splijtingsproducten genoemd. Deeltjes (bijv. Neutronen, fotonen, alfadeeltjes) komen meestal ook vrij. Dit is een exotherm proces dat de kinetische energie van de splijtingsproducten en energie in de vorm van gammastraling vrijgeeft. De reden waarom energie vrijkomt, is omdat de splijtingsproducten stabieler (minder energiek) zijn dan de moederkern. Splijting kan worden beschouwd als een vorm van elementutransutatie, omdat het veranderen van het aantal protonen van een element het element in wezen van het ene in het andere verandert. Nucleaire splijting kan van nature voorkomen, zoals in het verval van radioactieve isotopen, of het kan worden gedwongen om op te treden in een reactor of wapen.

Voorbeeld van kernsplijting: ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ⁹⁰₃₈Sr + ¹⁴³₅₄Xe + 3¹₀n

Kernfusie

Nucleaire fusie is een proces waarbij atoomkernen worden samengesmolten om zwaardere kernen te vormen. Extreem hoge temperaturen (in de orde van 1,5 x 10⁷° C) kan kernen samen dwingen zodat de sterke nucleaire kracht ze kan binden. Grote hoeveelheden energie komen vrij wanneer fusie optreedt. Het kan contra-intuïtief lijken dat energie vrijkomt, zowel wanneer atomen splitsen als wanneer ze samensmelten. De reden waarom energie vrijkomt uit fusie is dat de twee atomen meer energie hebben dan een enkel atoom. Er is veel energie nodig om protonen dicht genoeg bij elkaar te dwingen om de afstoting tussen hen te overwinnen, maar op een gegeven moment overwint de sterke kracht die hen bindt de elektrische afstoting.

Wanneer de kernen worden samengevoegd, komt de overtollige energie vrij. Net als splijting kan kernfusie ook het ene element in het andere omzetten. Bijvoorbeeld, waterstofkernen fuseren in sterren om het element helium te vormen. Fusie wordt ook gebruikt om atoomkernen samen te drukken om de nieuwste elementen op het periodiek systeem te vormen. Hoewel fusie in de natuur voorkomt, zit het in sterren, niet op aarde. Fusie op aarde vindt alleen plaats in laboratoria en wapens.

Voorbeelden van nucleaire fusie

De reacties die plaatsvinden in de zon zijn een voorbeeld van kernfusie:

¹₁H + ²₁H → ³₂Hij

³₂Hij + ³₂Hij → ⁴₂Hij + 2¹₁H

¹₁H + ¹₁H → ²₁H + ⁰₊₁β

Onderscheid maken tussen splijting en fusie

Zowel splijting als fusie geven enorme hoeveelheden energie af. Zowel splijting als fusiereacties kunnen voorkomen in kernbommen. Dus, hoe kun je splijting en fusie uit elkaar houden??

• Splijting breekt atoomkernen in kleinere stukken. De startelementen hebben een hoger atoomnummer dan dat van de splijtingsproducten. Uranium kan bijvoorbeeld splijten om strontium en krypton op te leveren.
• Fusie verbindt atoomkernen samen. Het gevormde element heeft meer neutronen of meer protonen dan dat van het uitgangsmateriaal. Waterstof en waterstof kunnen bijvoorbeeld fuseren om helium te vormen.
• Splijting vindt van nature op aarde plaats. Een voorbeeld is de spontane splijting van uranium, wat alleen gebeurt als er voldoende uranium aanwezig is in een klein genoeg volume (zelden). Fusie komt daarentegen niet van nature op aarde voor. Fusie vindt plaats in sterren.